浅析淮安有线DOCSIS3.0解决方案

2018-11-08高睿江苏有线淮安分公司

视听界(广播电视技术) 2018年5期

高睿江苏有线淮安分公司

江苏有线淮安分公司已建成覆盖清河、清浦、开发区的多功能、高质量的传输网络。在有线电视光纤、电缆混合网的基础上，建设完成了覆盖全市的SDH传输，利用HFC光纤同轴混合网，借助CABLE MODEM实现了宽带接入网络。江苏有线淮安分公司正在并将继续充分利用现有网络资源，拓宽服务领域，以市场为依托，用户需求为导向，开展多方位、专业化的信息服务。

1．摩托罗拉CMTS解决方案特点

1.1 开放性与先进性

MOTOROLA公司的BSR设备遵循开放标准协议，支持与其他厂家网络产品的互连，确保用户始终有选择的权利。

BSR64000、BSR2000遵循（Euro）DOCSIS1.1/2.0和PACKETCABLE标准，并通过DOCSIS2.0认证，能够与其他厂家符合标准的网络产品互连互通。

BSR64000通过DOCSIS3.0认证，TX32卡是业界目前下行密度最高的板卡，确保给用户提供最先进的Docsis3.0技术。

1.2 灵活的扩展性

摩托罗拉的宽带业务路由器为用户接入宽带数据网络提供了高度灵活性。运营商可根据当前的实际情况配置其系统。随着时间的推移，网络规模的不断扩大，多媒体应用也会相应增加。运营商可以通过增加CMTS或者板卡，灵活地扩大系统的容量。BSR64000的设计确保了在网络容量扩展的情况下，系统性能不受影响。

使用摩托罗拉BSR64000，可以方便灵活的扩展网络，平滑升级到Docsis3.0。通过高效监控影响HFC网络性能的因素，从而持续优化网络性能，不断提高带宽。同时，充分利用已经部署的DOCSIS 1.X和2.0 CM。高级频谱管理特性允许运营商优化数据传输速率，消除或避免各种降低网络性能的因素，可以提供包括回传噪声抑制、后置均衡、复杂的噪声测定和侵入噪声消除等处理能力。对路由选择、服务质量（QoS）和CMTS功能进行统一管理，并能够根据不断发展的客户需求和新业务的推出，进行灵活经济地扩展。

1.3 很好地支持VOIP

BSR64000系列产品通过DOCSIS1.1/2.0/3.0认证以及PacketCable1.0/1.1，PCMM认证。并且BSR64000 支持N+1冗余备份，在任何一块CMTS板卡发生故障时，备份CMTS板卡会接替其工作，从而保证了电信级的可靠性，为VOIP业务的开展提供了坚实的基础。另外，BSR中具有外部时钟接口，用于与外部时钟进行同步，这也是VOIP业务所需要的功能。

同时，本方案推荐的Incognito BCC部署系统，可以很好支持VOIP的部署，其主要优点有：

（1）功能强大，很好地支持VOIP。全部内嵌集成EMTA VOIP部署的DHCP选项。

（2）界面友好，配置简单。全部内嵌集成20多家主流厂家的SIP语音设备MIB库。

（3）动态生成EMTA配置文件，使得VOIP的部署非常容易。

（4）数据库用户数据管理方面，支持自带数据库，也可支持LDAP数据库。

（5）提供丰富的API接口，很方便的与BOSS系统集成。

1.4 平滑升级到Docsis3.0，保护投资用户

BSR64000全面支持DOCSIS3.0，其I-CMTS Docsis3.0解决方案，可平滑升级，简单快捷，节省用户投资。

新增的TX32卡不需要更换原有的设备或板卡，也不需要新增其它设备。在利用原有的机框和板卡情况下，仅仅通过软件升级即可支持Docsis3.0。

TX32卡为目前业界密度最高的Docsis3.0解决方案，且大大降低了每下行成本，目前TX32卡支持软件版本已经正式发布，全球出货超过1000块。

摩托罗拉将推出48路纯上行板卡RX48，从而实现上下行完全独立的扩展，且RX48卡和现在TX32卡一样，完全兼容目前Docsis2.0设备，不需要更换或者外接新的设备。

1.5 动态负载均衡

BSR64000支持上行和下行的负载均衡，不仅包括注册时基于CM数量的静态负载均衡，还包括基于使用过程中基于端口流量的动态负载均衡。

可在BSR64000中制定负载均衡策略，并将其应用到相应的Cable端口，当端口的使用率差值触发相应的阀值时，即可触发负载均衡策略，CM将自动在系统DCC指导下改变所处的物理通道，从而及时知道端口流量达到所要求的均衡。

使用动态负载均衡，可以配合Docsis3.0的信道捆绑技术，大幅度提高用户带宽。使用Docsis3.0后，网络里所有Docsis2.0的CM将在物理上可以锁定多个频点，使用动态负载均衡技术，将可以使CM均匀的利用这些绑定的频点，大大提高带宽的利用率。

1.6 Cable流量策略管理

BSR64000支持Cable流量策略管理技术（CTP）。使用此技术，可以有效限制现有网络中P2P应用泛滥的情况。通过对网络中大量使用P2P恶意下载造成网络拥塞的用户流（servce_flow）进行控制和限制，可大幅度改善网络带宽使用状况。

当某个用户业务流（servce_flow）达到触发CTP流量管理策略时，BSR64000会对用户业务流进行控制，可以在一段时间限制其下载带宽。BSR64000可以对CMTS内上万个业务流同时进行监控，而不影响CMTS处理和转发功能。

CMTS的Cable流量策略管理策略可以配合网络出口的L4流量限制设备，对网络里占用大量带宽的P2P应用进行限制。

2．CMTS DOCSIS3.0扩容解决方案

2.1 淮安有线现有网络结构

随着淮安有线双向VOD业务的全面开展，CMTS作为双向机顶盒回传通道，最近两年发展非常迅速，同时数据业务发展的速度非常迅速，对带宽提出了更高的要求。

图1 淮安有线现有的网络结构

D3.0改造前，淮安有线网络结构采用多种分布方式，一个光发下可能带4、6或8路光节点，我们以4路光节点为例，图1是淮安有线现有的网络结构，CMTS系统配置为一张2:8卡，设置成两个1x4的MAC域，每个下行通过一个正向光发，带4个光节点，每个光节点回传连接一个单独上行。下行调制使用256QAM，带宽为50M，上行调制使用最多的是3.2MHz带宽，32QAM调制，带宽为12M 。

计算每个光节点的实际带宽：每个下行覆盖4个光节点，则每个光节点的带宽：1/4=0.25下行/光站，即：0.25×50M=12.5Mbps/光站 (256QAM)。每个光节点接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)。

网络大多数业务是不对称的，下行需求要多于上行需求，如果按照数据网络上下行带宽需求为1：2设计，上面计算的目前上下行的带宽比为1:1，但下行需求更为迫切，仅为需求宽带的1/2，所以目前下行成为接入网运行的瓶颈。

在此阶段，可以继续以DOCSIS2.0为技术方案，从数量上进行扩容。这样的优点是有成熟的维护经验，无需改动现有网络。缺点是扩容成本较大，而且不利于未来向DOCSIS3.0迁移，也不能充分利用淮安高质量网络带来的带宽潜力。

根据目前淮安的网络状态，可以选择全面部署Docsis3.0的方案。这个方案的优点是扩容成本低，充分利用了网络上行的潜力。缺点是需要改动机房内部的网络分配网络。

2.2 D3.0扩容方案一

D3.0扩容方案一见图2。摩托罗拉BSR64000机框插1张DOCSIS3.0的TX32卡，配合8张2：8卡。

MAC域：此配置为一个6x8的MAC域，TX32卡的一个端口提供4个下行，2:8卡提供2个下行，共6个下行；上行为2:8卡的8个上行；共同组成一个MAC域。对比现在的1x4MAC域，有较大的调整。需要注意的是，BSR64000的每个MAC域支持2K个CM，原来每个2x8卡划为2个MAC域，即可以支持4K个CM，现在划为一个MAC域，每张2x8卡只可以支持2K个CM，对于目前带VOD机顶盒内置CM数量较多的情况，需要引起注意。这要求平均每个2:8卡上行的CM需要控制在250以内，目前很多上行端口CM都超过了此要求。

带宽计算：如图2，6下行覆盖8个光节点，则每个光节点的带宽：6/8=0.75下行/光站，即：0.75×50M=37.5Mbps/光站 (256QAM)。每个光节点接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)。可以使现有网络下行带宽提高3倍。

图2 D3.0扩容方案一

分配网调整：原来2:8卡的下行直接连接到正向光发，现在需要经过一些混合和分配，详见图2。需要注意的是TX32卡端口的发射电平，如果使用4个下行信道，最大发射电平为52dBmv，目前2:8卡下行发射电平最大为58dBmv。

2.3 D3.0扩容方案二

摩托罗拉BSR64000机框插2张DOCSIS3.0的TX32卡，配合8张2：8卡。(5x4 MAC

图3 D3.0扩容方案二

图4 D3.0扩容方案三（4x6 MAC域）

MAC域：此配置为一个5x4的MAC域，TX32卡的一个端口提供4个下行，2:8卡提供1个下行，共5个下行；上行为2:8卡的4个上行；共同组成一个MAC域。对比现在的1x4MAC域，调整不大，原来每个2x8卡划为2个MAC域，现在相当于原来的一个MAC域加入了4个TX32卡的下行。每张2:8卡仍然可以支持4K个CM（2个MAC域）。

带宽计算：如图3，5下行覆盖4个光节点，则每个光节点的带宽：5/4=1.25下行/光站，即：1.25×50M=62.5Mbps/光站 (256QAM)。每个光节点接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)。可以使现有网络下行带宽提高5倍。

分配网调整：原来2:8卡的下行直接连接到正向光发，现在需要经过一个混合，详见图3。相比方案一，扩容方案二比较简单。需要注意的是TX32卡端口的发射电平，如果使用4个下行信道，最大发射电平为52dBmv，目前2:8卡下行发射电平最大为58dBmv，注意在2:8卡输出端口加上衰减使得和TX32卡端口电平一致。

2.4 D3.0扩容方案三

摩托罗拉BSR64000机框插4张DOCSIS3.0的TX32卡，4张RX48卡。（4x6 MAC域）

MAC域：此配置为一个纯DOCSIS3.0方案，即上下行都为多信道传输方式。这是一个4x6的MAC域，即TX32卡的一个端口提供4个下行，覆盖四个光节点，4路回传连接到RX48卡一个端口上，RX48一个端口提供6路上行，共同组成一个MAC域。每张RX48卡配置8个MAC域，每个MAC域仍然可以支持2K个CM。（RX48卡最多支持16个MAC域，每个MAC域最多8K个CM，单张RX48卡最多支持16K个CM。）

带宽计算：如图4，4下行覆盖4个光节点，则每个光节点的带宽：4/4=1下行/光站，即：1★50M=50Mbps/光站 (256QAM)。4个光节点接6路上行：6/4=1.5上行/光站，即：10★1.5=15Mbps/光站 (16QAM/3.2MHZ)。可以使现有网络下行带宽提高4倍，上行提高1.5倍。

分配网调整：需要注意的是TX32卡端口的发射电平，如果使用4个下行信道，最大发射电平为52dBmv。回传加了4混合器，增加了7-8dB的衰减，需要调整原来上行的分配网，使RX48的接收电平仍然为0dB。

存在问题：方案三在实际部署中，需要在有限的5-65MHZ的上行频带里提供多达6个频点，如果是3.2MHZ带宽/频点，共需要19MHZ的带宽。这对于上行信道的质量提出了非常高的要求。如果上行频带只能找出3-4个信噪比比较好的信道，则上行带宽跟原来D2.0的时候基本一样。而且，经过4混后，上行信道的信噪比降低了8个dB左右，是否仍然可以开16QAM？如果降成QPSK，则上行信道带宽会进一步降低。

2.5 D3.0扩容方案四

摩托罗拉BSR64000机框插3张DOCSIS3.0的TX32卡，6张RX48卡。

MAC域：此配置为一个纯D3.0方案，即上下行都为多信道传输方式。这是一个4x8的MAC域，即TX32卡的一个端口提供4个下行，覆盖四个光节点，4路回传连接到RX48卡2个端口上，RX48的2个端口提供8路上行，共同组成一个MAC域。每张RX48卡配置4个MAC域，每个MAC域可以支持4K个CM。（RX48卡最多支持16个MAC域，每个MAC域最多8K个CM，单张RX48卡最多支持16K个CM。）

图5 D3.0扩容方案四（4x8 MAC域）

带宽计算：如图5，4下行覆盖4个光节点，则每个光节点的带宽：4/4=1下行/光站，即：1×50M=50Mbps/光站 (256QAM)。4个光节点接 8路上行：8/4=2上行/光站，即：10×2=20Mbps/光站 (16QAM/3.2MHZ)。可以使现有网络下行带宽提高4倍，上行提高2倍。

分配网调整：需要注意的是TX32卡端口的发射电平，如果使用4个下行信道，最大发射电平为52dBmv。回传加了2混合器，增加了3-4dB的衰减，需要调整原来上行的分配网，使RX48的接收电平仍然为0dB。

解决问题：扩容方案四减少了上行频点的数量，在有限的5-65MHZ的上行频带里提供4个频点，如果是3.2MHZ带宽/频点，共需要13MHZ的带宽。而且，两路回传经过2混，上行信道的信噪比降低了3-4个dB左右，上行的带宽也进一步得到提升。

2.6 扩容方案比较

总体来说，对于已有2:8卡的机房，推荐方案二，对于新建的机房，推荐方案四，使用纯的D3.0方案。方案二对于现有网络的改造较少，最重要的是，由于采用5x4的MAC域，一张2:8卡可以划分为两个MAC域，整个BSR64000带的CM数量比方案一要多一倍。如果采用方案一，网络改造比较麻烦，更重要的是，如果现有2：8卡两个下行超过2K用户，会使得6x8的MAC域超出2K的限制（2:8的一个MAC域最多2K个CM），会需要将某些光节点转移到别的卡上。

鉴于上面的分析，对于已有2:8的机房，推荐方案二。

方案三的问题在方案中已经有了描述，由于实际网络中上行信道的一些限制，这些问题会影响实际部署，方案四很好的解决了这些问题。

2.7 DOCSIS3.0分配网改造方案

Motorola DOCSIS 3.0 TX32卡一个端口最多可以产生4个信道的信号，所以射频参数较原来2：8卡有所改动。TX32卡的端口最大发射电平根据启用的信道数量，信道越多，功率越低。使用1个下行信道最大电平60dBmv，使用2个下行信道最大电平56dBmv，使用4个下行信道最大电平52dBmv。这是由于下行的发射功率一定（60dBmv），要分到2个信道，就降低大约4dB，要分到4个信道，降低大约8dB。比如目前主流的IPQAM如果是单端口4信道输出，电平大概也是52－55dBmv。

DOCSIS模块支持所有的DOCSIS调制模式，实现per-flow包分类，应用QoS策略，完成分布式转发。每个模块支持全频谱、可调谐的RF输出，简化了操作，省去了外接上变频器带来的额外成本和管理费用。一个整合的射频交换机将每个DOCSIS组件的输入和输出连接到射频设备，并允许1：N的冗余。DOCSIS模块支持自动射频切换，并采用单个备用模块备份机架中所有的其它DOCSIS模块的备份方式。系统以交叉连接的方式为模块间提供2.1Gbps双向无阻塞的数据包交换，为此系统采用了冗余的64Gbps带宽的交换结构。这种分布式的架构提供在HFC网络上快速部署，能够产生经济效益的服务所需的密度和性能。

两种方案分配网的电平要求以及分配网的改造示意图见图6、图7。

需要注意的是，目前分配网CMTS下行信号和IPQAM、广播信号都是通过分配网混合后再进入光发，这对于最后一级分配器的隔离度要求较高。TX32卡端口的发射电平，如果使用4个下行信道，最大发射电平为52dBmv。上行要调整分配网，保证RX48的接收电平为0dB。